反滲透膜的透過機理
反滲透是運用壓力(1~l 0MPa)使溶液中的水通過反滲透膜,達到分離、提
取、純化、濃縮等目的的處理技術。關于反滲透膜的透過機理,自20世紀中期以
來,諸多研究者先后提出了多種反滲透膜的透過機理和模型。
1)優(yōu)先吸附-毛細孔流動模型
S. Sourirajan(Sourirajan S,1970)等人提出了優(yōu)先吸附-毛細孔流動理論
以及最大分離的臨界孔徑。以 NaCl 水溶液為例,溶質是 NaCl, 認為膜的表面能
選擇性吸水,因此水被優(yōu)先吸附在膜表面上,而對 NaCl 則排斥。在壓力的作用
下,優(yōu)先吸附的水通過膜,便形成了脫鹽的過程基于這種模型的膜在膜表面必須
有相應大小的毛細孔。在模型基礎上,S.Kimura 和 S.Sourirajan 對反滲透資料
進行分析和處理,并考慮到濃差極化,提出了一套傳質方程式。
模型的提出有其理論依據,而傳質公式是基于試驗給出的,推導中的一些
假設僅限于一定的條件。但公式有很好的適用性。
2) 形成氫鍵模型
該理論是由 Reid(Reid C E.,1959)等人提出的,并通過醋酸纖維膜進行了
解釋。該理論認為,膜的表面很致密,其上有大量的活化點,鍵合一定數(shù)目的結
合水,這種水已失去溶劑化能力,鹽水中的鹽不能溶于其中。進料液中的水分子
在壓力下可與膜上的活化點形成氫鍵而締合,使該活化點上的其它結合水解締下
來,該解締的結合水又與下面的活化點締合,使該點原有的結合水解締下來,該
過程不斷從膜面向下層進行,水分子從膜面進入膜內,最后從底層解脫下來成為
產品水。
3)溶解擴散模型
Lonsdale 和 Podall(Lonsdale H,1972)等人提出溶解擴散模型。該模型假
設膜是完美無缺的理想膜。高壓側溶液中的溶劑和溶質先溶于膜中,然后在化學
位的推動力下,從膜的一側向另一側以分子擴散方式通過,直至透過膜。溶劑和
溶質在膜中的擴散服從 Fick 定律,這種模型認為溶劑和溶質都可能溶于膜表面,
因此物質的滲透能力不僅取決于擴散系數(shù),而且取決于其在膜中的溶解度,溶質
的擴散系數(shù)比水分子的擴散系數(shù)要小得多,因而透過膜的水分子數(shù)量就比通過擴
散而透過去的溶質數(shù)量更多。
目前,在三種模型中,以溶解擴散模型應用最為廣泛。當然其它兩種模型也
能夠對反滲透膜的透過機理進行解釋。比如對于醋酸纖維素膜,用溶解擴散模型
來解釋有一定偏差,而用選擇性吸附-毛細管流模型則可以很好的解釋。另外,
還有學者提出脫鹽中心模型,表面力-孔流模型等。總而言之,反滲透膜透過機
理還在發(fā)展中,期待新的更好的科研手段和理論的出現(xiàn)。